白桦天然次生林生长规律研究

白桦天然次生林生长规律研究 白桦天然次生林生长规律研究 第26卷第3期 2011年9月 河北林果研究 IIEBEIJOIJllNAIOFFORESTRYANDORCHARD砌队RCH V01.26No.3 Sep.2011 文章编号:1007—4961(2011)03—227—04 白桦天然次生林生长规律研究 郭延朋,秦琰.,金辉,张立民,李兵兵 (1河北省木兰围场国有林场管理局,河北围场068450; 2中国二十二冶集团有限公司,河北唐山064000;3河北农业大学林学院,河北保定071000) 摘要:系统地了解和掌握林木生长规律,是科学合理经营森林的重要依据.本研究以河北省塞罕坝白桦(Bet— ulaplatyphyllaSuk.)天然次生林为研究对象,利用多年调查的临时样地资料,借助Excel,SPSS11.0和ForStat统 计分析软件,对主要林分因子生长进行模拟,以了解其生长规律.结果表明:抛物线方程拟合其立木株数生长 过程效果最好,Logistic方程拟合其蓄积量生长过程效果最好,对数方程拟合其胸径,树高生长过程效果最好, Richards方程拟合其材积生长过程效果最好;胸径年平均生长量为0.30cm,速生期前10a;树高年平均生长量 为0.25m,速生期为前5a;材积年平均生长量为0.00251m3,速生期前20a,数量成熟龄为38a. 关键词:白桦;生长规律;生长方程;塞罕坝 中图分类号:S718.5文献标志码:A StudyonthegrowthlawsofBetulapSuk.secondaryforest GUOYan-peng,QINm2,JINHui3,ZHANGLi—mill,LIBing-bing3 (1Mulan—weichangForestryAdministrationofHebeiProvince,Weichang068400,China; 2China22MccGroupCorporationLtd,Tangshan0640O0,China; 3CollegeofForesty,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding071000,China) Abstract:Itisveryimportantforscientificforestrymanagementtounderstandandgrasptheforestgrowthsystematically. Basedonthedatacollectedfromexperimentalsampleplotsandanalyticaltl1eesofBetulaplatyphyllaSuk.plantationin Saihanha,Excel,SPSS11.0andForstatareusedtomodelthegrowthprocessofmainstandfactorsforunderstandingforest growthnile.Theresultsshowedthat:ParabolaequationisthebestmodelfordescribingtheNumberofBetulaplatyphylla Suk.,Logistic~llatioNisthebestmodelfordescribingthestandVolume,Loqa~thmequationisthebestmodelfordescribing theDBHandHeigh,RichardsequationisthebestmodelfordescribingtheVolume,MeanannualDBHincrementis0.30 am,andearlylOyearsarethespeedperiodofDBHgrowth;Meanannualheightincrementis0.25m,andearly5yearsa/'e thespeedgrowthperiod;Meanannualvolumeincrementis0.00251Hf.andearly20yearsarethespeedgrowthperiod. thequantitativematurityageis38. Keywords:BetdaplatyphyllaSuk.;growthrhythm;growthequation;Saihanba 林木生长规律是指林木生长发育随年龄变化 的规律.其主要研究内容是林分平均胸径,平均树 高,材积,生物量,以及利用数学模型拟合其生长曲 线,分析的指标主要有总生长量,平均生长量,连年 生长量,研究方法主要是根据临时样地或固定样地 资料编制生长过程表.在林木自然生长过程中,林 分内部存在着比较稳定的生长规律,探讨这些规律 为模拟林分的生长,枯损,材种出材量及进行森林资 源数据更新,预测森林的未来,制定合理的经营措施 等提供了必要的理论依据….尤其是从建立森林资 源管理信息系统以来,了解林分生长过程的动态信 息对森林调查和森林经营有着极其重要的意义.目 前,国内外众多学者已对其进行了研究,且建立了许 多理论和数学模型_2-7.,其中已有相当一部分用于 收稿日期:201l一07—11;修改稿收期:2011—08—19 基金项目:科技部公益专项(2008O4o27). 作者简介:郭延朋(1985一),男,河北邢台人,助理工程师,主要从事森林资源管理工 作. 通讯作者:李兵兵(1988一),男,江西上饶人,在读硕士研究生,主要从事森林可持续 经营方面的研究. 228河北林果研究第26卷 林业牛产实践中. 自桦天然次生林是塞罕坝机械林场重要的森林 类型之r一,在维护环京津生态安全,为社会发展提供 小材中具有叮替代的作用.本研究利用不同的生 长模型对白桦天然次生林生长过程进行拟合,找到 最优模型,计算各生长指标(胸径,树高,材积)的总 生长量及其连年生长量,平均生长量,生长率以及各 年龄林分所代表的立木株数和蓄积量,编制白桦天 然次生林生长过程表,分析各生长指标的生长过程, 揭示其动态生长规律,为白桦天然次生林的经营和 管理提供科学依据. l研究区概况 研究区位于河北省最北端的塞罕坝机械林场境 内,北纬42.02,42.36,东经116.51,117.39.主 要地貌分为内蒙古高原和冀北山地两部分,海拔在 1010,1940m之间;该区属寒温性高原气候,冬季 寒冷,夏季无酷暑,年均气温一1.4~C,无霜期67d, 年均降水量452.6nun,年均日照时间2367.8h. 塞罕坝机械林场总经营面积为9.507万hm2,其 中有林地面积7.067万,森林覆盖率77.5%,林 木总蓄积462万,平均年生长率9.7%.按起源 分:人工林5.053万}1n12,天然林2.014万}1nl2;按龄 组分:幼龄林2.773万},中龄林3.447万hm2,近 熟林0.847万hm.,树种主要为落叶松,樟子松,白 桦,云杉等.林区野生动植物资源丰富.有自生维 管植物8l科312属659种;有野生动物100余种. 是集生态公益林建设,商品林经营,森林旅游和多种 经营于一体的河北省最大的林场. 2研究方法 2.1资料收集及筛选 研究工作所用资料,来自河北省林业勘察 设计院,2007--2010年连续3年在塞罕坝机械林场 调查的临时样地数据.所选样地均为白桦天然单层 纯林,共计448块.该资料详细记录样地的地理位 置(林班,小班,细班),地形地貌,林分起源,类型,年 龄,平均胸径,平均高,郁闭度,亩株数,亩蓄积等情 况. 所有样地资料:林分年龄为3,50a,胸径为2.4 , 16.2cm,树高为3.3,16.3m,密度为160,9000 株/hm,郁闭度为0.1,0.9,海拔为140O,1980m, 土层厚度主要集中在4O,50cm,母质为风积物,残 积物,堆积物等. 为保证样地资料完整性和一致性,在收集的样 地中,剔除有以下情况的地块: 首先,剔除林分因子记录不详的地块.其次,选 择立地条件中等,郁闭度为0.7,0.9的地块.第 三,采用差过大剔除法,根据林分调查因子问的 相互关系,对超过N—D,D—A(N,D,A分别为林分 每公顷平均株数,胸径,和年龄)曲线平均值3倍标 准差的地块进行剔除l8J.共剔除样地167块,最后 选用的样地为275块.基本情况见表1. 表1所选样地基本情况 Table1Generalsituationofselectiveplot 2.2数据处理 根据筛选的资料求出白桦天然次生林不同林龄 所代表的立木株数,树高,胸径和材积的总生长量, 使用Excel,SPSS11.0统计软件J,ForStat统计软 件进行曲线拟合运算_9,并对拟合结果采用差 异显着性置信椭圆F检验法进行模型适用性检验, 找出年龄与各林分调查因子的关系,编制林分生长 过程表,再用Excel软件进行数据计算及绘生长曲 线图,最后分析各林分调查因子的生长规律. 3结果与分析 3.1生长过程的曲线拟合与检验 利用常用的生长方程(线性方程,Richards方 程,Logistic方程,指数生长方程,幂函数方程,Schu. macher方程,抛物线方程,对数方程,Gompertz方程, 反曲线方程)分别对白桦天然次生林立木株数,树 高,胸径和材积随年龄变化过程进行拟合计算,最优 方程见表2. 表2方程式中,Y是所要拟合的林分因子;t是 年龄.其拟合结果表明:抛物线方程拟合其立木株 数生长过程效果最好;Logistic方程拟合其蓄积量生 长过程效果最好;对数方程拟合其胸径,树高生长过 程效果最好;Richards方程拟合其材积生长过程效 果最好.相关系数均为0.9以上. 第3期郭延朋等:白桦天然次生林生长规律研究229 表2白桦天然次生林各调查因子 生长过程拟合结果 Table2Thefittingresultsforstanddescrip~onfactorof Betu/aplatyphyUaSuk.secondaryforest 把检验样本的实际值与模型值代入适用性检 验公式:.显然,如果模型拟合效果好,实际值与理 论值就会很接近,那么方程中a趋近于0,b趋近于 1;当a不趋近于0,b不趋近于1时,表示该型有误 表3各调查因子模型检验 Table3Standdescriptionfactortesttable 由表3可知:a和b分别接近于0和1,表明所 拟合的模型适用于描述华北落叶松人工林的生长过 程. 3.2生长过程表的编制 以5a为一个龄阶,利用拟合的最优模型计算 各生长指标的总量,以及胸径,树高,材积的连年生 长量,平均生长量,得其林分生长过程见表4,并进 差,需要做F检验.各调查因子检验结果见表3.行林分生长因子分析(图1,3). 表4白桦天然次生林林分生长过程 Table4GrowthprocesstableofBetulaplatyphyHaSuk.secondaryforest 3.3生长过程分析 3.3.1胸径生长过程分析由表4和图1可知, 50a生白桦胸径总生长量为14.7cm,年平均生长量 0.30cm.胸径连年生长量和平均生长量相交于13a 生左右,其高峰期均出现在10a生时,分别为0.76 cm,0.60cm.前10a是胸径生长的旺盛期,连年生 长量为0.45—0.76cm,随后胸径生长逐渐减弱,连 年生长量下降,平均生长量也呈下降趋势,20a后胸 径连年生长量不足0.3cm,到50aP-~=时仅为0.11 cm.因此,前10a为白桦天然次生林胸径生长的速 生期,在这个时期若加强水肥管理和注意调控林分 密度,适度间伐可以培育大径材林木. 3.3.2树高生长过程分析由表4和图2可知, 50a生白桦树高总生长量仅为l2.4m,年平均生长 量0.25m.树高连年生长量从5a生开始就呈现递 减的趋势,25a生后树高连年生长量不足0.2m,到 50a生时仅为0.08in.这与天然次生林缺乏人为经 营息息相关,若能适当的加以人为干扰将能大幅提 高白桦树高总生长量. 3.3.3材积生长过程分析由表4和图3可知: 50aP-[=白桦材积总生长量为0.12:547TI13,年平均生 长量为0.00251m3.连年生长量前15a较小,不足 0.0025m3,但是呈迅速上升的趋势,20a生时达到 最大,为0.00426m3,此阶段为白桦材积生长的速生 期,随后迅速下降,材积生长进入慢生期.平均生长 量在38a生左右达到最大,达0.00:27Hl3左右,其曲 230河北林果研究第26卷 毒蓍台 蓥茎 每慧|& Age 图1白桦胸径连年生长量与平均生长量变化曲线 Fig.1DBHannualincrementandaveragegrowth curv~ofBetu/aptaty~yUaSuk. 年龄/a Age 图2白桦树高连年生长量与平均生长量变化曲线 Fig.2Heightannualill'T哪leIItandaveragegrowth curvesofBetu/aplatyphyllaSilk. 年龄/a ^ge 图3白桦材积连年生长?与平均生长?变化曲线 . 3Volumeanmlaiincreraentandaveragegrowth curvofBetu/aplatyphyllaShik. 线并与连年生长量曲线相交,此后呈下降趋势,由 此,白桦天然次生林的数量成熟龄确定为38a生左 右. 4结论 (1)塞罕坝白桦天然次生林立木株数变化过程 可以用抛物线方程描述;蓄积量生长过程可以用 Logistic方程描述;材积生长过程可以用Richards方 程来描述,而胸径,树高生长过程用对数方程拟合效 果最好.拟合的方程相关系数R均在0.9以上. (2)50a生白桦天然次生林立木株数随年龄的 增大而变少,由5a生4085株/h?】2降为50a生时的 1087株/;蓄积量逐渐增大,50a生时为136.38 rn3/hrn2;胸径平均生长量为0.30cm,10a生时生长最 快,连年生长量为0.76cm,速生期为前10a;树高年 平均生长量为0.25m,连年生长量从5a生开始就呈 现递减的趋势,25a生后树高连年生长量不足0.2 m;材积年平均生长量为0.00183nl3,20a生时生长 最快,其连年生长量达0.00426r玎『.该地区白桦天 然次生林缺乏人为经营,若能适当的加以人为干扰 将能大幅提高其各林分因子的生长空间. (3)白桦天然次生林材积连年生长量与平均生 长量曲线在30a生左右时相交,表明此时林分已进 入数量成熟状态,可以进行人工采伐. 参考文献: [1]周春国,国红,彭世揆.基于森林连清数据的林分直径结构生长 规律研究[J].南京林业大学,2OO0,24(6):41—43. [2]唐守正,郎奎建,李海奎.统计和生物数学模型计算[M].北京: 科学出版社,2008:291—293. [3]杨玉盛.不同栽植代数29年实生杉木生长规律的研究[J].林业 科学,1999,35(1):52—56. [41郭文福,蔡道雄,贾宏炎,等.米老排人工林生长规律的研究[j]. 林业科学研究,2O06,19(5):585—589. [5]周戎.江苏省云台山地区楸树生长规律与分布研究[D].南京: 南京林业大学,2OO9. [6】LiaoChaoying,Podr6zskyV.GrowthdynamicsofIndividualtreebasal areaofEasternWhitePineinKostelecandC~rnymilesyregionlJj. JournalofForestryScience,2OOO,47(3):124—129. [7]LiaoChaoying,Podr6zskyV,LiuGB.Diameterandheightgrowthanaly— sjsforindividualWhitePinetreesintheafBaofKostelecandCe朋yIlli lesyEJJ.JournalofForestScience,2003,49(12):544—551. [8]苏宗明,傅荣华,周建斌,等.统计软件SPSSforWindows实用指 南[M].北京:电子工业出版社,2000:418—452. 【9]陈必勇.霞浦县柳杉人工林生长规律的研究【J].福建林业科技, 2O06.33(3):52—56. [1O]范国兵.一种估计logistic模型参数的方法及应用实例[J].经 济数学,2010,27(1):105—109. [11]董江水.应用SPSS软件拟合Logistic曲线研究[J].金陵科技学 院,2OO7,23(1):21—24. [12]呈毛林.Richards模型参数估计及其模型应用[J].数学的实践 与认识,2010,40(12):140—145. (编辑郭丽娟) Ilm薯?uII一^|lJ【霉 目/I举删恒霉ptlo皇.Iuc一皇fI1.o?霉